CN105018801B

CN105018801B - 一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法

Info

Publication number: CN105018801B
Application number: CN201510549731.6A
Authority: CN
Inventors: 郑信理; 赵红亮; 常玉琳; 毛孝丹; 刘翠英; 刘志鹏; 马双山
Original assignee: Henan Sheng Hua Cable Group Co Ltd
Current assignee: Henan Sheng Hua Cable Group Co Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: CN105018801A

Abstract

本发明公开了一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法，其中，其组分质量百分比为：镁Mg0.60~0.90%，硅Si0.50~0.80%，硼B0.03~0.09%,混合稀土RE0.10~0.50%，锆Zr0.03~0.09%，钇Y0.03~0.09%，其余为铝。其制备方法是将工业纯铝熔化，向熔体中依次加入其他原料，于720℃保温，进行精炼、静置、扒渣、施加脉冲电流、铸造，得到铸棒；将铸棒挤压成铝合金杆材，固溶处理，拉丝机拉制成铝合金单线，时效处理，最终得到导线成品。本发明所制备出的铝合金导线强度大于275Mpa，导电率大于58%IACS，长期运行温度达到180℃。

Description

一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法。

背景技术

我国电力工业正在进行巨大的发展变革, 随着“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署，输电线路向远距离化、高压化、大容量化发展，因此对于输电导线提出了更高的要求。传统的高强系铝合金导线导电率较低、耐热性不足，而耐热系铝合金导线抗垂弧性能差的缺点逐渐显现。新型的高强高导耐热铝合金导线研制显得日益重要。

经检索，公开号为102758107A的中国发明专利，该发明涉及一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法，其中：“该导线由下列重量百分比的元素组成: 锆Zr为0.15~0.60%，镧La 为0.03~0.30%，铈Ce为0.03~0.30%，钇Y 为0.01~0.30%，铁Fe 为0.05~0.20%，硅Si 为0.01~0.10%，其他杂质元素含量≤ 0.10%，其余为铝。”该导线的制备方法为：“配制原材料放入熔炼炉中、升温除气熔炼、造渣、除渣、连铸连轧成耐热铝合金杆材、热处理、拉丝机拉制成耐热铝合金单线。” 该耐热铝合金导线的抗拉强度达到160MPa，导电率可达到61%IACS 以上，长期运行温度可达到180℃，且经得起280℃下加热1 小时考核运行，强度残存率大于90%。该专利公开的合金中Fe 含量在0.05~0.20%（质量百分比）之间，研究表明，Fe在铝中的固溶度很低，极易形成粗大的片状Al₃Fe 相和针状AlFeSi相，降低合金的力学性能。

发明内容

综上所述，为了解决以上问题，本发明提供了一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法。该铝合金导线长期耐热温度达到180℃，抗拉强度在275MPa 以上，并且电导率保持在58%IACS 以上。

一种高强高导耐热铝合金导线，其组分质量百分比为：Mg：0.60~0.90%；Si：0.50~0.80%；B：0.03~0.09%；混合稀土RE：0.10~0.50%；Zr：0.03~0.09%；Y：0.03~0.09%；其余为铝。

进一步，所述的混合稀土RE由下列元素组成：Ce:20~30%；La:70~80%。

一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，包括如下步骤：

一、熔炼：

① 将石墨坩埚置于电阻炉中，升温至400℃，加入纯铝；

② 将电阻炉升温至720℃，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣；

③ 将电阻炉升温至760℃，加入预热好的纯镁和Al-Si中间合金，并保温30~50min，每10min搅拌一次；之后加入预热好的Al-B中间合金，并保温10-20分钟，每10min搅拌一次；扒去浮渣后加入预热好的Al-Zr、Al-RE和Al-Y中间合金，并保温15~40min，每10min搅拌一次；

④ 将电阻炉降温至720℃，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min；

⑤ 再将坩埚放入电阻炉中，静置10min，除去熔体表面的氧化物，将石墨电极垂直插入熔体中，对熔体施加脉冲电流，之后浇铸到预热好的金属型中制成铸棒；

二、挤压与拉拔：

① 用立式挤压机对铸棒进行挤压；挤压前铸棒直径为39mm；挤压后的直径为8mm，挤压温度为420~460℃，金属流出模孔速度为1.5~3m/min，制成棒材，之后对挤出的棒材进行固溶处理制成合金棒；

② 用拉丝机将合金棒拉制成直径为2.5mm的铝合金线，之后对铝合金线进行时效处理。

进一步，所述的Al-Si、Al-B、Al-Zr、Al-RE和Al-Y中间合金分别为Al-20Si、Al-4B、Al-4Zr、Al-10RE、Al-11Y中间合金。

进一步，所述的固溶处理工艺为540℃~560℃下保温0.5~2h，水淬。

进一步，所述的时效处理为185~230℃下保温6~9h。

本发明的有益效果是：

1、本发明在高强系Al-Mg-Si合金的基础上加入B、RE、Zr和Y，利用B、RE与杂质元素的相互作用，减少杂质元素含量，实现熔体净化；Zr、Y元素在熔体凝固过程中能够形成Al₃（Zr,Y）相，Al₃（Zr,Y）相作为合金有效耐热相的同时，还能作为异质形核核心细化晶粒。再通过合金固溶时效温度和时间进一步优化，实现对时效析出相的有效控制，从而制备出强度大于275MPa，导电率大于58%IACS，长期运行温度达到180℃的铝合金导线。

2、本发明在合金施加脉冲电流，脉冲电流作用于金属熔体时，能降低结晶的临界形核功，同时增大熔体内的能量起伏和结构起伏，使较小的晶胚成为晶核，提高形核率，从而使晶粒细化。脉冲电流还能使溶质场趋于均匀，还能减少熔体形成气孔和缺陷的几率，提高组织致密性。对熔体施加脉冲电流对改善合金的组织结构，提高合金性能具有明显效果，操作方便快捷，具有显著的经济效益和环保意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法：

以下列组分质量百分比为例：镁Mg0.80%，硅Si0.80%，硼B0.03%，混合稀土RE0.30%，锆Zr0.05%，钇Y0.09%，其他杂质元素含量≤0.10%,其余为铝。

一、熔炼：

① 将石墨坩埚置于电阻炉中，升温至400℃，加入纯铝。

② 将电阻炉升温至720℃，待纯铝全部熔化后，扒去熔体表面氧化渣。

③ 将电阻炉升温至760℃，加入预热好的纯镁和Al-20Si中间合金，并保温30~50min，每10min搅拌一次；之后加入预热好的Al-4B中间合金，并保温10-20分钟，每10min搅拌一次，扒去浮渣后加入预热好的Al-4Zr、Al-10RE和Al-11Y中间合金，并保温15~40min，每10min搅拌一次。

④ 将电阻炉降温至720℃，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3~5min；⑤ 将坩埚放入电阻炉，静置10min，除去熔体表面的氧化物，将石墨电极垂直插入金属熔体中，对熔体施加脉冲电流（脉冲电流参数为：电压300V，频率10Hz），之后浇铸到预热好的金属型中，制成铸棒。

二、挤压与拉拔：

① 用立式挤压机对铸棒进行挤压；挤压前铸棒直径为39mm；挤压后的直径为8mm，挤压温度为430℃，金属流出模孔速度为1.5m/min，之后对挤出的棒材进行固溶处理（550℃下保温1h，水淬）制成合金棒。

②用拉丝机将合金棒拉制成直径为2.5mm的铝合金线，之后对铝合金线进行时效处理（210℃下保温8h）。

实施例2：

一种高强高导耐热铝合金导线的其制备方法：

以下列组分质量百分比为例：镁Mg0.90%，硅Si0.60%，硼B0.06%混合稀土RE0.20%，锆Zr0.06%，钇Y0.06%，其他杂质元素含量≤0.10%,其余为铝。

熔炼、挤压拉拔步骤同实施例1，其中脉冲电流工艺参数为：400V，10Hz；挤压工艺参数为：挤压温度450℃，金属流出模孔速度为2m/min；固溶工艺参数为：540℃下保温1h，水淬；时效工艺参数为：225℃下保温6h。

实施例3：

一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法：

以下列组分质量百分比为例：镁Mg0.60%，硅Si0.50%，硼B0.09%混合稀土RE0.30%，锆Zr0.08%，钇Y0.09%，其他杂质元素含量≤0.10%,其余为铝。

熔炼、挤压拉拔步骤同实施例1，其中脉冲电流工艺参数为：200V，15Hz；挤压工艺参数为：挤压温度460℃，金属流出模孔速度为3m/min；固溶工艺参数为：560℃下保温1h，水淬；时效工艺参数为：235℃下保温6h。

本专利采用D60K型数字金属电导率测量仪测出试样的电导率，每个状态试样测5次取其平均值；采用岛津SHIMADZU/50KN电子万能拉伸试验机分别测试各试样的拉伸性能，测定的拉伸强度取5 个试样的平均值；耐热性能测试采用180℃保温100小时后恢复到室温的成品试样的抗拉强度与未保温的成品试样的抗拉强度的比值。三种实例性能测试结果如表1所示。

表1 三种铝合金导线性能对比

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于，所述的高强高导耐热铝合金导线的组分质量百分比为Mg：0.60～0.90%；Si：0.50～0.80%；B：0.03～0.09%；混合稀土RE：0.10～0.50%；Zr：0.03～0.09%；Y：0.03～0.09%；其余为铝，混合稀土RE由下列元素组成：Ce:20～30%；La:70～80%；

一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，包括如下步骤：

一、熔炼：

① 将石墨坩埚置于电阻炉中，升温至400℃，加入纯铝；

③ 将电阻炉升温至760℃，加入预热好的纯镁和Al-Si中间合金，并保温30～50min，每10min搅拌一次；之后加入预热好的Al-B中间合金，并保温10-20分钟，每10min搅拌一次；扒去浮渣后加入预热好的Al-Zr、Al-RE和Al-Y中间合金，并保温15～40min，每10min搅拌一次；

④ 将电阻炉降温至720℃，取出坩埚，通入干燥氩气对熔体精炼3～5min；

二、挤压与拉拔：

① 用立式挤压机对铸棒进行挤压；挤压前铸棒直径为39mm；挤压后的直径为8mm，挤压温度为420～460℃，金属流出模孔速度为1.5～3m/min，制成棒材，之后对挤出的棒材进行固溶处理制成合金棒；

2.根据权利要求1所述的一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于所述的Al-Si、Al-B、Al-Zr、Al-RE和Al-Y中间合金分别为Al-20Si、Al-4B、Al-4Zr、Al-10RE、Al-11Y中间合金。

3.根据权利要求1所述的一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于所述的固溶处理工艺为540℃～560℃下保温0.5～2h，水淬。

4.根据权利要求1所述的一种高强高导耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于所述的时效处理为185～230℃下保温6～9h。